Сейсморазведка_2
реклама
Г.А. Лобова Дисциплина «Полевая геофизика». СЕЙСМОРАЗВЕДКА Продольные и поперечные волны • Впервые доказано Пуассоном в 1828 году, твердой однородной изотропной среде могут независимо распространяться во времени и пространстве два вида упругих возмущений - продольная волна Р и поперечная волна S. а-Продольная волна (Р- волна сжатия или компрессии) вызвана деформациями объема за счет поступательного движения частиц среды в направлении распространения упругих колебаний. б-Поперечная волна (S-волна сдвига или вращения) вызвана деформациями формы. Если поперечная волна поляризована в вертикальной плоскости она называется SV - волной, а если в горизонтальной то SH - волной. • Продольные волны распространяются со скоростью Vp определяемой упругими и плотностными свойствами среды E (1 ) 2 Vp (1 )(1 2 ) где E-модуль Юнга; μ –модуль поперечного сжатия (коэффициент Пуассона) λ-коэффициент при объемной деформации между нормальным напряжением и деформациями сжатия-напряжения; σ-плотность среды • Поперечные волны распространяются со скоростью Vs, определяемой упругими и плотностными свойствами среды. • 1 Vs 2(1 ) E Если поперечная волна поляризована в вертикальной плоскости она называется SV волной, а если в горизонтальной то SH - волной. Продольная волна всегда распространяется быстрее, чем поперечная в той же среде: 2(1 ) Vs 1 2 Vp 2 поскольку 0 Слабое сцепление частиц вещества в жидких и газообразных средах не обеспечивает передачу сдвиговых деформаций поперечные волны не распространяются (Vs=0). • Малый уровень сейсмических деформаций обеспечивает их практически полную обратимость в реальных средах, что позволяет описывать волновые процессы в них линейными уравнениями. • Линейность волновых уравнений означает, что при распространении сейсмических колебаний соблюдается принцип суперпозиции - независимое наложение (интерференция) волн, вызванных различными источниками. • РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРУГОЙ ВОЛНЫ ОТ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА Распространение сферической продольной волны в однородной среде: • а – сферический слой; б – характер смещения частиц среды в слое Вследствие взаимного сближения или удаления колеблющихся частиц внутри сферического слоя образуются концентрические зоны сжатия и растяжения, чередующиеся друг с другом. В данном примере таких зон здесь четыре, причем у фронта волны распространяется зона сжатия, а у тыла волны - зона растяжения. Изображение продольной волны: а – профиль волны; б – запись волны а б Профиль волны – up(r) показывает для фиксированного момента времени (t = const) зависимость величины смещения частиц среды от их расстояния до источника. Расстояние между соседними одноименными экстремумами профиля (максимумами или минимумами) называют видимой (преобладающей) длиной волны λв. Изображение продольной волны: а – профиль волны; • Запись волны up(t)- показывает б – запись волны для фиксированной точки (r = а б const) , зависимость величины ее смещения от времени. • Это - развертка во времени колебаний одной частицы среды. • Интервал времени между соседними одноименными фазами колебаний (максимумами или минимумами) называют видимым (преобладающим) периодом волны (Tв). • Обратная величина fв = 1/Tв - это видимая (преобладающая) частота колебаний. • Как и для профиля волны, характерные точки ее записи (экстремумы, нули) называют фазами волны. Момент tФ начала колебаний в точке наблюдения является временем вступления (фронта) волны, а момент • tТ - временем прекращения (тыла) колебаний. Интервал времени δtp = tТ - tФ есть длительность колебаний. ПОНЯТИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ Связь между сферической и плоской волнами r На больших удалениях от любого сферического источника (r →∞) кривизна фронта волны становится незначительной, и его поверхность практически вырождается в плоскость. В такой плоской волне амплитуда колебаний не изменяется с расстоянием, поскольку геометрическое расхождение несущественно. ФАЗОВАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ ВОЛН СПОСОБЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ а) способ отклонений б) способ переменной ширины в) способ переменной плотности г) сочетание двух способов (а и б) Вид осей синфазности при записи способом переменной ширины ИЗОХРОНЫ Изохроны в трехмерном пространстве (а) и сферической волны в двумерной однородной среде при точечном источнике (б) СХЕМА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОТРАЖЕННЫХ И ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН Схема образования головных преломленных волн преломленная головная отраженная прямая преломленная скользящая преломленная проходящая V2 V1 -условие образования скользящей преломленной волны КИНЕМАТИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН • Поле времен - это функция, описывающая зависимость времени распространения сейсмической волны того или иного типа от координат источников и приемников, при условии знания функции, характеризующей распределение упругих свойств в среде. • Эту функцию принято также называть уравнением поля времен. • Расположение сейсмоприемников на некоторой заданной линии или поверхности позволяет получать временные функции, характеризующие сечения полей времен. • Эти функции принято называть линейными и поверхностными годографами. • Линейные годографы подразделяются на продольные, если источник находится на той же линии наблюдения, что и приемники, и непродольные, если источник сейсмических колебаний находится вне этой линии наблюдения (или ее прямолинейного продолжения). • Линейные продольные годографы представляют собой зависимость времени прихода волны (или ее фазы) от расстояния до источника. • Линейные непродольные годографы выражаются либо в виде функции расстояния "источник приемник", либо в виде функции координат точек приема. • Среди линейных годографов особую роль играют вертикальные сейсмические годографы. Зависимость времен регистрации сейсмических волн от глубины принято называть вертикальным сейсмическим годографом. Продольные вертикальные годографы получаются в случае, если источник находится вблизи устья скважины. Если же источник располагается на достаточно больших расстояниях от устья скважины (в сравнении с общей глубиной исследования), то получают непродольные вертикальные годографы. • Поверхностные годографы представляют собой зависимость времени прихода волны или ее какой-либо фазы от координат точек поверхности наблюдений. • Чаще всего поверхностные годографы изображают в виде карт изохрон линий равных времен прихода конкретной волны на плоскость приема. • В методе отраженных волн линейные продольные годографы подразделяются на годографы: • общей точки взрыва - ОТВ, • общей точки приема - ОТП, • общей средней (глубинной) точки - ОСТ (ОГТ). Годографы сейсмических волн в двухслойной среде. x* = -2h0 sinφ; z* = -2h0 cosφ. 1 t x V1 x 2 4h0 x sin 4h 2 Годографы кратных волн Сравнительный вид годографов монотипных и обменных волн. Годограф дифрагированной волны Годографы головных волн Годографы головных волн для границ криволинейной формы Поверхностные сейсмические волны • Существование свободной сейсмической границы L0- поверхности полупространства, контактирующего с воздушной средой, обуславливает появление еще одного, особого, класса волн - поверхностных сейсмических волн. • Упругие волны, возбуждаемые сейсмическим источником, находящимся на поверхности однородного упругого изотропного полупространства с упругими модулями λ, μ, ρ, впервые изучены Лэмбом. • Из полученных им результатов вытекает, что в такой среде, наряду с уже известными нам объемными продольными и поперечными волнами, распространяющимися соответственно со скоростями VP и VS , появляется новый важный тип сейсмической волны поверхностная волна Релея. • Это волна названа в честь английского физика Релея, впервые теоретически предсказавшего ее существование. Волна Релея возникает у свободной границы упругого полупространства, когда к ней приложена сила, действующая в вертикальной плоскости. Волна Релея вызывает одновременно деформацию объема и сдвига, и её интенсивность экспоненциально убывает с удалением от поверхности, так что она существует только в слое толщиной приблизительно равной длине волны. Волна Релея распространяется вдоль свободной поверхности полупространства со скоростью VR = 0.9 VS. Полевая сейсмограмма от поверхностного источника 1 - поверхностные волн релеевского типа 2 – отраженные волны В сейсморазведке поверхностные волны релеевского типа играют обычно роль помех. При проведении сейсмических работ на поперечных SH волнах в слоистом (неоднородном по вертикали) полупространстве возбуждаются поперечные поверхностные волны, которые принято называть волнами Лява. В волнах Лява смещение частиц почвы происходит в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения волн.
